挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)支撐架焊接質(zhì)量的工藝控制

李陽

摘 要： 隨著房地產(chǎn)開發(fā)、水利建設(shè)、鐵路修建等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展，挖掘機(jī)械得到了大規(guī)模的使用，挖掘機(jī)的制造技術(shù)也隨之快速發(fā)展。在挖掘機(jī)的眾多結(jié)構(gòu)件中，回轉(zhuǎn)支撐架作為承上啟下的核心部位，承受復(fù)雜多變的交變載荷，且受力分布極不均勻。因此，在制造過程中，有必要加強(qiáng)對(duì)回轉(zhuǎn)支承架焊接過程的過程控制，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

關(guān)鍵詞： 挖掘機(jī);回轉(zhuǎn)支撐架;焊接質(zhì)量;工藝控制

【中圖分類號(hào)】TU621 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.31.230

1 回轉(zhuǎn)支撐架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)介紹

如圖1所示，回轉(zhuǎn)支撐架是由底板、圓筒、內(nèi)側(cè)立板、外側(cè)立板、上蓋板和齒圈座組成的箱型結(jié)構(gòu)件，主體焊縫均關(guān)于回轉(zhuǎn)支撐架的回轉(zhuǎn)中心呈中心對(duì)稱分布?；剞D(zhuǎn)支撐架在挖掘機(jī)工作過程中，下部連接履帶梁，傳遞驅(qū)動(dòng)挖掘機(jī)行走的動(dòng)力;同時(shí)上部又連接回轉(zhuǎn)底盤，傳遞驅(qū)動(dòng)挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)工作的動(dòng)力。因此回轉(zhuǎn)支撐架的主體焊縫均為關(guān)鍵焊縫;在焊縫設(shè)計(jì)時(shí)，也均采用大坡口角度、大熔深設(shè)計(jì)原則，保證主體焊縫能夠承受復(fù)雜多變的交變載荷。而在實(shí)際焊接過程中，各主體焊縫經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)根部熔合不良、氣孔、裂紋、夾雜等焊接缺陷。因此在各挖掘機(jī)生產(chǎn)廠家中，對(duì)回轉(zhuǎn)支撐架焊接質(zhì)量的控制均為重要的研究課題。本文針對(duì)回轉(zhuǎn)支撐架的焊接質(zhì)量工藝控制，主要從機(jī)器人焊接和焊前拼點(diǎn)質(zhì)量等方面進(jìn)行分析。

2 焊接過程工藝控制

2.1 板材下料及成型的工藝控制

回轉(zhuǎn)支承架主體結(jié)構(gòu)用鋼板材質(zhì)為低合金鋼Q345B，板厚為30～50mm。

對(duì)于該種中厚板，下料時(shí)一般采用火焰切割。切割時(shí)應(yīng)選用合理的切割速度，保證割痕紋路細(xì)密，同時(shí)切割邊不得有大于1mm的割豁或殘缺。切割完成后需進(jìn)行回復(fù)再結(jié)晶處理，以消除鋼板中殘余應(yīng)力，同時(shí)使因受熱而產(chǎn)生的粗大晶粒轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的等軸晶粒。

切割完成后需對(duì)板材進(jìn)行調(diào)平處理，板材平面度應(yīng)控制在2mm以內(nèi)，以減小拼點(diǎn)時(shí)焊道根部間隙。

所有坡口采用加工工藝獲得，保證坡口角度、鈍邊尺寸、坡口表面粗糙度等符合圖紙要求，避免機(jī)器人焊接過程中出現(xiàn)熔合不良、焊縫成型不均勻等缺陷。

內(nèi)、外側(cè)立板折彎時(shí)，需選用合適的折彎模具，保證折彎圓弧兩側(cè)不得有壓痕。折彎成型后需制作折彎樣板，保證折彎半徑及折彎角度符合圖紙要求，進(jìn)而保證內(nèi)外側(cè)立板與上蓋板之間的拼點(diǎn)間隙小于20mm。

圓筒應(yīng)嚴(yán)格遵循火焰切割→調(diào)平→銑坡口→預(yù)彎→卷圓→焊接→校圓的工藝路線，保證圓筒對(duì)接焊縫100%UT+100MT檢測(cè)合格，同時(shí)保證圓度在3mm以內(nèi)，以減少機(jī)器人焊接時(shí)的焊接偏差。

2.2 拼點(diǎn)的工藝控制

拼點(diǎn)過程的核心為控制拼點(diǎn)間隙和尺寸。拼點(diǎn)前應(yīng)檢查零件外觀，確保無銹蝕、劃傷、磕碰等缺陷，以免機(jī)器人焊接時(shí)產(chǎn)生氣孔。檢測(cè)零件尺寸符合圖紙要求，保證拼點(diǎn)尺寸和拼點(diǎn)間隙。拼點(diǎn)間隙應(yīng)小于3mm且均勻，以減少機(jī)器人焊接過程中的根部熔合不良或根部裂紋。盡量減小板材端部錯(cuò)邊量，以減少搭接不良。所有箱體內(nèi)部筋板的端面不得從立板的上側(cè)邊伸出。拼點(diǎn)過程中不得有猛烈錘擊、高溫烘烤母材等現(xiàn)象。加固焊縫不允許有虛焊、裂紋（含熱影響區(qū)及母材）、弧坑等缺陷。焊縫兩端50mm范圍內(nèi)、折彎線兩側(cè)50mm范圍內(nèi)不得點(diǎn)焊。

2.3 焊接機(jī)器人的工藝控制

傳統(tǒng)工藝采用人工焊接時(shí)，焊縫質(zhì)量和外觀取決于操作者的技能，存在焊縫質(zhì)量和外觀不穩(wěn)定、焊接變形不規(guī)則、焊接生產(chǎn)受限于人力資源等問題。采用雙絲機(jī)器人代替人工焊接后，不僅可以解決焊縫質(zhì)量不穩(wěn)定、焊接變形不規(guī)則的問題，而且焊接效率也提高了接近40%，同時(shí)節(jié)約大量人力、物力。

機(jī)器人焊接參數(shù)控制：打底采用雙絲槍的單絲，電流280～320A，電壓30～35V;填充、蓋面采用雙絲槍的雙絲：前絲電流280～320A，電壓30～36V;后絲電流：240～280A，電壓28～35V;氣體流量：25～30L/min，84%Ar+16%CO2。合理的機(jī)器人焊接參數(shù)保證了焊縫的內(nèi)部質(zhì)量和外部成型。

由于回轉(zhuǎn)支撐架主體焊縫均為大坡口角度、大坡口深度，焊絲填充量大，焊接熱輸入大，因此焊接過程極易造成結(jié)構(gòu)件的焊接變形，且回轉(zhuǎn)支撐架的箱型結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定了自身的焊接變形很難修復(fù)。因此有必要對(duì)回轉(zhuǎn)支撐架的機(jī)器人焊接過程制定合理的焊接順序，以將焊接變形控制在最小范圍內(nèi)。合理的焊接順序的制定需遵循以下原則：①盡量采用對(duì)稱焊接。②焊縫不對(duì)稱時(shí)，應(yīng)先焊焊縫少的一側(cè);先短后長(zhǎng);先內(nèi)后外;從中間向兩端。③長(zhǎng)焊縫可采用分段背焊法、中間段背焊法、跳焊法和交替焊法等?；剞D(zhuǎn)支撐架焊接機(jī)器人的焊接順序?yàn)椋簣A筒與立板垂直8道縫→圓筒與上下蓋板周圈10道縫→立板與上下蓋板8道縫→齒圈座與上蓋板周圈2道縫。

2.4 焊后熱處理的工藝控制

回轉(zhuǎn)支撐架主體焊接作業(yè)量大，因此在焊接后的結(jié)構(gòu)件中存在有較大的焊接殘余應(yīng)力，而且焊接過程產(chǎn)生的殘余應(yīng)力是不可避免的。焊接殘余應(yīng)力可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)件出現(xiàn)開裂、變形等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響回轉(zhuǎn)支撐架的強(qiáng)度、剛度和疲勞壽命。因此需對(duì)焊接完成的回轉(zhuǎn)支撐架進(jìn)行焊后熱處理的工藝控制，通過控制合理的升溫速率、保溫溫度、保溫時(shí)間和冷卻速率，使焊縫和母材中因受熱而產(chǎn)生的粗大晶粒轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的等軸晶粒，從而大大降低結(jié)構(gòu)件中的焊接殘余應(yīng)力，提高結(jié)構(gòu)件的疲勞壽命。

結(jié)語：通過對(duì)板材下料和成型過程的工藝控制，提高了拼點(diǎn)精度，避免了外形尺寸超差、焊道間隙過大、坡口不均勻等缺陷;通過對(duì)拼點(diǎn)過程的工藝控制，減少了機(jī)器人焊接過程中因根部間隙過大或過小導(dǎo)致的根部熔合不良、成形不良等缺陷;通過對(duì)機(jī)器人焊接工藝參數(shù)和焊接順序的工藝控制，保證了焊接變形在公差范圍內(nèi)，同時(shí)保證了焊縫質(zhì)量，改善了焊縫外觀，減少了焊接缺陷。通過對(duì)焊后熱處理的工藝控制，有效降低了結(jié)構(gòu)件中的焊接殘余應(yīng)力，提高了結(jié)構(gòu)件的疲勞壽命。最終通過上述一系列工藝控制，大大提高了生產(chǎn)效率，有效地控制了焊縫根部熔合不良、氣孔、裂紋、夾雜、砂眼、成形不良等焊接缺陷，成功的提升了產(chǎn)品質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1] 張小鵬，王娜.基于大型爐體焊接殘余應(yīng)力測(cè)試的盲孔法研究[J].力學(xué)與實(shí)踐，2007，（3）：45-50.